【摘要】：高爐渣是高爐煉鐵工藝的主要副產(chǎn)品,它從高溫熔融狀態(tài)到完全冷卻的過程中釋放大量熱能;噸鐵出渣量在0.3~0.4噸,溫度超過1500℃,如何將該部分熱量回收,并加以有效利用是當前冶金界的一大熱點和難點。熔融態(tài)高爐渣的處理工藝直接影響熱量的回收和固態(tài)渣粒的資源化利用,對比以往的各種渣處理工藝,高溫液態(tài)熔渣的機械離心�；夹g(shù)具有很多優(yōu)勢;在以熱能回收為目標的高溫熔渣處理工藝中,其核心工作是熔渣的離心�；�、液態(tài)渣滴的快速冷卻。為了達到良好的余熱回收效果,提高�；癄t渣的附加值,就要使熔融態(tài)高爐渣�；癁榱骄鶆�、大小可控的球形爐渣小液滴,并快速冷卻,形成高玻璃體含量的冷態(tài)高爐渣;高溫液態(tài)熔渣離心�；^程的可持續(xù)性,是該工藝的核心關(guān)鍵技術(shù)。本文分別從理論研究、數(shù)值模擬、實驗研究與關(guān)鍵技術(shù)研究四個方面,通過試驗方案的設(shè)計、試驗平臺的搭建、試驗過程的實施,圍繞著可持續(xù)性,進行了高爐渣離心粒化、物相演化、換熱過程中的機理驗證,明確了離心�；瘷C理及�；^程中各階段物相演化規(guī)律,獲取了關(guān)鍵控制參數(shù);并通過關(guān)鍵技術(shù)研究實驗,對該工藝的可行性進行驗證,為機械離心�；夹g(shù)處理高溫液態(tài)熔渣,獲得高附加值工業(yè)原料協(xié)同顯熱回收工藝的工業(yè)化應(yīng)用提供了基礎(chǔ)理論與數(shù)據(jù)支撐。在高溫熔渣的機械離心�；瘷C理研究方面:首先,將液態(tài)熔渣的�；^程劃分為減薄、破碎、收縮、飛行、物相演化等五個階段;并假設(shè)高溫熔體是由特定直徑的液態(tài)球狀渣粒組成,從液態(tài)渣粒的受力分析和波理論方面研究液態(tài)熔渣的離心�；^程;其次,對高溫液態(tài)球狀渣粒,在飛行過程中的液固相變過程進行研究,通過液固相變過程的傳熱傳質(zhì)數(shù)學模型,研究溫度、相對速度等因素對液固相變過程的影響規(guī)律;最后,基于上述研究結(jié)果,建立圓盤法離心�；幹媚芰怂銛�(shù)學模型;利用流體力學軟件ANSYS對高溫熔渣的五個階段進行數(shù)值模擬,重點模擬了高溫熔體的減薄、破碎、物相演化三個階段,對過程中熔渣溫度、黏度、固相分數(shù)隨時間的變化規(guī)律進行研究;結(jié)合數(shù)值模擬結(jié)果,分析粒化環(huán)境溫度等因素對相變界面移動的影響;得出了影響�；笤蛭锵嘌莼^程的因素依次是顆粒直徑溫度場強相對運動速度。通過高溫熔渣的機械離心�；碚撗芯考皵�(shù)值模擬發(fā)現(xiàn):高爐渣典型的冶金性能指標黏度,是直接影響高溫熔體�；^程的關(guān)鍵因素。通過對高爐渣基礎(chǔ)性能的實驗研究,明晰了熔渣黏度的決定性因素是化學成分和物理溫度,得到了熔渣成分、溫度對熔渣黏度的影響規(guī)律;分析了黏度對高溫熔渣�；^程的影響,尤其是高溫熔渣與金屬粒化盤之間的在持續(xù)運轉(zhuǎn)過程中的相互作用規(guī)律;建立了熔渣黏度、粒化盤直徑和角速度影響液態(tài)熔渣離心�；^程的數(shù)學模型。以機理分析和數(shù)值模擬結(jié)果為依托,對離心�；鞯暮侠聿僮鲄�(shù)、處理高溫熔渣的能力、和換熱效率進行計算和試驗,得出高溫熔渣黏度系數(shù)0.2~0.65 Pa·s之間,渣溫1450℃~1480℃,φ200mm的粒化盤,在1600~1800r/min條件下可以得到高比例的直徑1~2mm形狀規(guī)則的球狀顆粒;�；w粒與冷卻空氣相對速度5m/s,空氣溫度200℃以下,可以使得球狀渣粒玻璃化程度和換熱效率達到最高。以理論研究為基礎(chǔ),搭建了實驗研究平臺和高爐現(xiàn)場關(guān)鍵技術(shù)研究平臺,對比研究了實驗室與高爐現(xiàn)場的試驗條件差異,對�；b置進行了多維度系統(tǒng)優(yōu)化,在機械離心粒化的可持續(xù)性方面實現(xiàn)突破,取得了多項保障機械離心粒化可持續(xù)運行的技術(shù)創(chuàng)新成果;同時,在關(guān)鍵技術(shù)研究過程中,嘗試了機械離心�；c硫化換熱技術(shù)相融合的二級換熱思路,達到29%的換熱效率。從試驗研究結(jié)果可以看出,青鋼熔融態(tài)高爐渣的黏度系數(shù)在0.3Pa·s左右,渣溫1470℃,φ200mm的粒化盤,在1740r/min左右�？梢缘玫礁弑壤�69.4%的直徑1~2mm形狀規(guī)則的球狀顆粒;粒化器內(nèi)環(huán)境溫度在185℃左右,受轉(zhuǎn)速變化影響較小,各項參數(shù)與理論計算值一致性較高。
【學位授予單位】：青島理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：X757;TK115
【圖文】：

拉薩法沖渣工藝流程示意圖

圖拉法也是目前非常成熟的高爐渣處理工藝見圖 1-2，它第一次應(yīng)00m3的高爐上。1998 年首鋼 2560m3首次引進了三套圖拉法處；2004 年青鋼新建兩座 500m3高爐，也引入了圖拉法渣處靈活。

該工藝由首鋼和北京明特克冶金爐技術(shù)有限公司聯(lián)合研發(fā)，如圖 1-3 所示：明特法的核心設(shè)備是按照 20°傾角安裝在沖渣池內(nèi)的螺旋攪籠機和過濾器成。通過螺旋的轉(zhuǎn)動，把渣池底部的水淬渣向上輸送，在重力和螺旋頁面對渣翻動擠壓力作用下，完成脫水過程。水渣脫水后，從螺旋攪籠機的 U 型槽落入帶輸送系統(tǒng)，運至水渣堆場；渣池內(nèi)的沖渣水，溢流進入過濾器，過濾后的凈水在沖渣泵的作用下，進入渣水系統(tǒng)，實現(xiàn)整個沖渣系統(tǒng)水的閉路循環(huán)。

【參考文獻】

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本文編號：2758388